HGR.01: Holdrengések Geoinformatikai Rendszere
Lázár Lajos1,2, Kiszely Márta3, Földváry Lóránt2,3
1Budapest Közút Zrt.
2Óbudai Egyetem, Alba Regia Műszaki Kar, Székesfehérvár
3MTA CSFK Geodéziai és Geofizikai Intézet, Sopron
Célunk egy olyan térinformatikai rendszer létrehozása volt, ami mindenki számára elérhető, kézzel fogható, és könnyen értelmez- hető módon mutatja be a holdrengések világát. A fejlesztés ered- ményéül kapott geoinformatikai rendszert részletesebben az [1]
tanulmány mutatja be.
Bevezetés
A holdrengések egészen az ember Holdra történő leszállá- sig nem voltak ismertek. Az Apollo asztronautái számoltak be először a jelenségről. A küldetések során úgynevezett ALSEP egységeket helyeztek el a Hold felszínén (Apollo Lunar Surface Experimental Package = Apollo holdi felszínvizsgáló műszercso- mag). Ezeknek a csomagoknak az alábbi kérdésekre kellett vá- laszt adniuk [2]:
• Milyen a Hold belső szerkezete?
• Milyen a Hold pontos alakja?
• Milyen az összetétele a holdi felszínnek?
• Mik voltak azok alapvető folyamatok, melyek kialakí- tották a Hold jelenlegi alakját?
• Van-e tektonikus aktivitás?
• Vannak-e szerves anyagok a Holdon?
• Milyen idős a Hold?
• Mi az előzménye a Hold és Föld kapcsolatának?
Az első ilyen csomagot az Apollo–11 helyezte el (bár ez még csak csekély számú műszert tartalmazott, ezért az angol elneve- zése EASEP, Early Apollo Surface Experiments Package volt). A programok során folyamatosan bővítették az ALSEP-eket 1969- től egészen 1977-ig, amelyek összesen nyolc éven keresztül mű- ködésben voltak [2]. A műszerek között található a Passive Seis- mic Experiment Package, a Lunar Active Seismic Experiment és a Lunar Seismic Profiling Experiment Package is.
A Passive Seismic Experiment Package (passzív szeizmikus kísérletcsomag) műszerei működésének célja az volt, hogy vizs- gálja a Hold felszín alatti tulajdonságait és mérje a hihetetlenül
kicsi rezgéseket is, melyeket az emberi beavatkozások (robbantások, űrhajók részeinek becsapódása) vagy távoli hold- rengések okoznak. Ha a szeizmikus eseményeket három vagy több szeizmométer érzékeli, megállapítható a rengés időpontja és helye. Éppen ezért az Apollo küldetések során a szeizmomé- tereket egyenlő oldalú háromszögekben telepítették (lásd az alábbi ábrán: Apollo–12, –14, –15, –16) [3].
Ezeknek a műszereknek köszönhetően (1) megismertük a Hold belső szerkezetét: sikerült meghatározni a Hold belső felépítését (kéreg, köpeny, mag); (2) feltérképeztük a Hold szeizmikus akti- vitásának forrásait, elkülöníthetővé váltak az egyes típusok: se- kély és mélyrengések, meteorit-becsapódások, mesterséges ese- tek, hőmérséklet-változással kapcsolatos termikus események.
Rájöttünk (3) a hullámok csillapodásának okaira: a Hold belső szerkezetének tagolódása miatt a szeizmikus hullámok más- más módon csillapodnak különböző mélységekben, így követ- keztetni lehet azok anyagára [2].
A Lunar Active Seismic Experiment (holdi aktív szeizmi- kus kísérlet) műszer pont az ellentéte volt a passzívnak, mind méretében, mind működésében [2]. Míg a passzív műszerek a Hold szeizmicitását vizsgálták, addig az aktív műszerek mester- ségesen gerjesztett lokális rengéseket érzékeltek. Ezeket a hul- lámokat robbantásokkal idézték elő: kisebbekkel, amiket az asztronauták maguk végeztek, illetve nagyobbakkal, amiket az- után hajtottak végre, miután elhagyták a felszínt. Ezeknek a műszereknek a segítségével sikerült igazolni a passzív műszerek által gyűjtött jelek elemzéséből nyert feltételezéseket.
A Lunar seismic profiling experiment (holdi szeizmikus profil kísérlet) lényege az volt, hogy felállítottak egy négy darab- ból álló műszercsoportot, hármat egymástól 90 méterre, egyenlő szárú háromszögek csúcsaiban elrendezve, a negyediket pedig a háromszög közepébe téve [2]. Ezután robbantásokat végeztek, így az aktív műszerekhez képest pontosabban tudták meghatá- rozni a keltett rengések paramétereit. A kísérletet az Apollo–17 legénysége hajtotta végre.
Felhasznált adatok, holdrengések fajtái
A szeizmométerek által rögzített adatokat a NASA mág- nesszalagokra rögzítette, a digitalizálásuk és feldolgozásuk (Yoshio Nakamura professzor vezetésével) 1980-ig tartott. Az eredeti szeizmogramok mikrofilm másolatai, illetve a feldolgozott katalógus kikérhető az amerikai National Space Science Data Centertől. Az adatok egy része digitálisan is elérhető, letölthető a http://darts.jaxa.jp/planet/seismology/apollo/PSE.html olda- lon. Az oldalon az Apollo programok passzív mérési adatai, illet- ve a profil kísérlet eredményei is elérhetők, valamint az eredeti kódolt és digitalizált mágneskazetták és a katalógusba vett ered- mények. Lehetőség van az adatokat térképes megjelenítéssel is megtekinteni (http://darts.jaxa.jp/planet/seismology/apollo/
app/). Az általunk fejleszett webes alkalmazás alapjául ezen ol- dalon fellelhető adatokat használtuk fel.
A katalógusba vett holdrengéseket négy nagy csoportra lehet bontani [4][3]:
(1) Mélyfészkű holdrengések: a leggyakoribb holdrengés típus. Kis erősségű rengések (a földi maximum 3-as erősségnek megfelelőek), melyek kipattanási mélysége a mag és a felszín kö- zött van. Ezek a rengések erősen korrelálnak az árapály jelen- séggel. Több mint 300 jól elkülöníthető fészekben jöttek létre.
(2) Sekélyfészkű holdrengések: nagyon ritka, ámde annál erősebb rengések. Nincsenek összefüggésben az árapállyal, ezért sejthető, hogy tektonikai mozgásra vezethetőek vissza. Összesen 28-at regisztráltak, és nagyban hasonlítanak a földi rengésekre.
(3) Termikus rengések: nagyon kis erősségűek, csak a szeizmométerek közvetlen közelében voltak észlelhetőek. Ezen holdrengések oka valószínűleg hőtágulás lehet, mivel számuk hirtelen megemelkedik 2 nappal a holdi napfelkelte után, nap- lemente után pedig megszűnnek.
(4) Meteor-becsapódások: igazából nem tekinthetőek holdrengéseknek, mert külső forrásból származnak. Mégis segít- ségükkel jobban megismerhetjük a bolygóközi környezetet. A
Holdat ért meteoritok mérete igen széles skálán mozog: 0,5–50 kg közötti tömegűek is lehetnek a becsapódó objektumok.
Felhasznált térinformatikai eszközök
A HGR.01 holdrengés térinformatikai rendszer az Esri cég által kiadott ArcGIS Online alkalmazással készült [5]. Az ArcGIS Online egy teljes, az összes eddigi ArcGIS funkciót ellátó felhő- alapú, teljesen webes megoldás, melynek nincs szüksége kliens telepítésére helyi számítógépre. Lehetőséget nyújt online térké- pek készítésére és megosztására, ezen kívül rengeteg előre elké- szített, konfigurált eszközt, webalkalmazást felkínálva, melyek tetszés szerint alakíthatóak a saját igényeinkhez.
Az FME egy önálló, platformfüggetlen program, amelyet az adatkonverziók során felmerülő információveszteségek csök- kentésére alakítottak ki; használatával különböző forrásokból származó adatokkal lehet hatékonyan dolgozni, legyen szó akár CAD rajzokról, térinformatikai adatbázisról, LiDAR adatról, Python scriptekről, stb.
A HGR.01 térinformatikai rendszer adatmodellje
A holdrengés adatbázis a Hold szeizmográfok észlelési adatait tartalmazza és az alábbi attribútumokból épül fel:
Attribútum neve
Elnevezés Értékkészlet ID Az esemény egyedi azono-
sítója
Year Az észlelés éve
Day of the
Year Az észlelés napja adott
évben
Signal start
time Az észlelés kezdésének időpontja, órában és perc- ben
Signal stop time
Az észlelés végének idő- pontja, órában és percben;
9999 az értéke, ha a jel folytatódott a következő észlelésig
Availability of seismograms in expanded time scale
Elérhető-e bővített időre vonatkozó szeizmogram, ha igen milyen, állomáson- ként külön-külön attribú- tumban tárolva.
1 = Calcomp incre- mental plotter plot 2 = Versatec matrix plotter plot
Data quality
code A jelek minőségi leírása. 1 = az adott állomástól nincs adat
2 = zajos adat 3 = a jelet egy másik nagyobb jel zavarhatta 4 = megvágott adat, az eredeti digitális adat talán nem vágott 5 = comments attribú- tumot
6 = az adathoz rögzí- tett idő számítógép által generált, így nem a legmegbízhatóbb) Comments A jelhez kapcsolt megjegy-
zések
Event type Az esemény típusa A =osztályozott, mély- fészkű holdrengés M = osztályozatlan mélyfészkű holdrengés C = meteorit-
becsapódás H = sekély fészkű holdrengés
Z = rövid periódusú esemény
L = NASA küldetés ál- tal keltett esemény S = Szovjet küldetés által keltett esemény X = Speciális esemény Matching
deep
moon quake class
A megfeleltetett mélyfészkű holdrengési osztály
Attribútum
neve Elnevezés Értékkészlet
A HGR.01 webtérkép
A fejlesztett térinformatikai rendszer az alábbi linken elérhető:
http://arcg.is/2hnp5F5
A webes térkép létrehozásánál a holdrengéseket kutató szakem- berek munkájának segítését, könnyítését tartottuk szem előtt: a nem közvetlenül a holdrengésékhez kapcsolódó kiegészítő adato- kat összegyűjtve, rendszerezve, tematikusan ábrázolva egy közös térinformatikai rendszerben tesszük elérhetővé. A térképen fel- lelhető rétegek
Attribútum
neve Elnevezés Értékkészlet
Additional entries for event
Kiegészítő információk az eseményhez
Nest A A fészek száma
Latitude deg N A fészek szélességi foka és a meghatározásának kö- zéphibája
Longitude deg E
A fészek hosszúsági foka és a meghatározásának középhibája
Depth b km A fészek mélysége km-ben és a meghatározásának középhibája
Deep Moon- quake Nests Located on the Nearside
A mélyfészkű holdrengés a Hold Föld felöli oldalán található-e
Moonquake events (mély- fészkű holdrengés-adatok):
Ezen a rétegen a Nakamura-féle holdrengés katalógusból kinyert és egyértelműen azonosított mélyfészkű holdrengések talál- hatók az epicentrumban ábrá- zolva, feliratozva a fészek szá- mával és tematizálva, az epi- centrum mélysége alapján.
Apollo landing sites (Apollo leszállási helyek): A rétegen megtalálhatóak az Apollo prog- ram által kijelölt leszállási he- lyek, feliratozva a program szá- mával.
Shallow moonquakes (sekély fészkű holdrengés adatok): a holdrengések közül a sekély fészkű rengések hasonlítanak legjobban a földrengésekhez.
Ezek a legritkább rengések, évente maximum négy-öt ke- rült rögzítésre az Apollo prog-
ramok során. 100 km-nél nem mélyebben keletkeznek.
Moonquake nests (hold- rengés fészkek): Ezen a rétegen a mélyfészkű holdrengésfész- kek találhatók. Az ellipszisek középpontja a források feltéte- lezhető középpontja, a kis- és nagytengelyek pedig meghatá- rozásukkor előállt hosszúsági és szélességi bizonytalanságok.
A rétegen feliratozva vannak a fészekszámukkal, és tematizál-
va a fészekben azonosított holdrengések darabszámával.
Lunar mares (hold- tengerek): A Hold felszínét borító nagy sötét foltokat – melyek valójában megszilár- dult lávasíkságok – holdten- gereknek nevezik. Nevüket a korai csillagászok adták, akik azt hitték, tengereket látnak. A rétegen megtalálha- tóak a holdtengerek fonto- sabb adatai (nevük, kerületük és területük).
Lunar wrinkle ridges (holdi vetődések): Jellemzően a holdtengerek közelében ta- lálható képződmények, szo- rosan kötődnek a Sinus- rianásokhoz. Tektonikus ere- detűek, akkor jöttek létre, amikor a bazaltos láva kihűlt és megszilárdult. Gyakran hívják őket a Hold ereinek, mert mint ahogy a bőr alatti erek dudorodnak ki és hálózzák be az emberi testet, úgy ezek a felszín alatt hálózzák be a Holdat.
Hosszuk, nevük és tengerhez köthető nevük található meg a ré- tegen.
Moon craters (hold- kráterek): A Hold krátereinek megfigyelése és felfedezése egészen 1609. november 30- ig nyúlik vissza, amikor Ga- lilei először tekintett a Hold- ra saját készítésű távcsövé- vel. Ekkor fedezte fel, hogy a Hold alakja nem tökéletes gömb, felszínét hegységek és edényszerű mélyedések bo- rítják. A képződményeket krátereknek nevezzük, a görög krater (Κρατήρ = edény, melyben bort és vizet kevertek) szó után. A kráterek eredetén a tudomá- nyos világ egészen az Apollo programig vitatkozott, mikor végül a kézzel fogható bizonyítékok mindenkit meggyőztek, hogy a kráte-
rek nagy része meteorit-becsapódások következménye. A kráte- rek teljes számbavételére 1978-ig várni kellett, amikor Chuck Wood és Leif Andersson kidolgozott egy a kráterek kategorizálá- sára szolgáló rendszert. A megjelenített rétegen a kráterek leg- több elérhető adata megtalálható: átmérőjük, középponti koordi- nátájuk és típusuk.
Crater names (kráter nevek): A Holdon fellelhető kráterek neveiket általában elhunyt tudósok és felfede- zők után kapják. Ez a tradí- ció 1651-től él, amikor is Gi- ovanni Battista Riccioli el- kezdte elnevezni őket. 1919 óta a Nemzetközi Csillagá- szati Unió (International Ast- ronomical Union, IAU) végzi
ezt a feladatot. A különösen érdekes kisebb kráterek férfineveket kapnak (Robert, Jose, stb), a nagyobb kiterjedésűek a hozzájuk kapcsolódó eseményekét pl.: Apollo program színterei. A rétegen feltüntetésre kerültek a kráterek nevei, illetve földrajzi adataik.
Coordinate grid (koordi- náta rácsháló): A réteg a könnyebb tájékozódás céljá- ból került a térképre; egy egységes 15 fokos oldalhosz- szúságú, négyzetes rácsháló, mely nem tartalmaz lekérdez- hető adatokat.
Moonqake event catalog (holdrengés katalógus): A térkép- re felkerült a teljes Nakamura-féle kata- lógus, táblázatos for- mában. Ezek az ada- tok átfedésben van-
nak a már megjelenített rétegekkel, de nagy részükhöz nem köt- hető pontos földrajzi hely, viszont kereshetőek, exportálhatóak a holdrengések eseményei.
Moon basemap (Hold alaptérkép):
A térképen felhasznált alaptérkép egy az USGS által szolgáltatott Holddal kapcsolatos WMS szol- gáltatások közül. Link:
http://planetarymaps.usgs.gov/
cgi-bin/mapserv?map=/maps/
earth/moon_simp_cyl.map A HGR.01 webes alkalmazás használata
A webes alkalmazás teljes mértékben a webtérképre épül, plusz funkciókkal és interaktivitással ellátva azt. A webes alkal- mazás a WebAppbuilder for ArcGIS-szel készült. Az alkalmazás funkció:
Search (Keresés): a funkció használatához kattintsunk a kereső sávba, válasszuk ki a keresési réteget, majd enter billen- tyű megnyomásával vagy a nagyító ikonra kattintva megkapjuk a keresésünk eredményét.
Query (Lekérdezés): a funkció ikonjára való kattintás után, három előre definiált lekérdezés közül választhat a felhasználó:
(1) Moonquake events by nest number (Holdrengések fé- szekszám alapján: a felhasználó egy fészekben történt esemé- nyeket kérdezheti le, választható paraméter a fészkek száma pl.:
214)
(2) Moonquake events by time (Holdrengések idő alapján: a felhasználó egy idősávot tud megadni, amik között történt ese- ményeket tudja listázni pl.: 77–78 évek közötti, vagy 200–205 napok közötti rezgések)
(3) Moonquake events by type (Holdrengések típusuk sze- rint: a lekérdezésnél a felhasználó az érzékelt adat típusára tud szűrni, pl.: meteorit-becsapódások, vagy sekély rengések. Ez az adatlekérés csak a táblázatos katalóguson fut le, geometriai adat nem tartozik az eredményekhez)
Chart (Diagram): a funkció ikonjára kattintva két előre el- készített diagram közül lehet választani: a holdrengések száma fészkek alapján (moonquake events number by nest) és holdren- gések epicentrumának mélységei, fészkek alapján (moonquake events depth by nest). Mindkét diagram a holdrengés fészkek réteget használja. A kiválasztott diagramra kattintva, a követke- ző párbeszédpanel a diagramok alapadatának mennyiségére kérdez rá. Ezt többféleképp adható meg: vagy az összes, rétegen lévő adat felhasználásra kerül, vagy területi lehatárolást (use spatial filter to limit features) adható meg. Ha a felhasználó a
területi lehatárolást választja, újabb lehetőségek közül választ- hat: vagy a képernyőn látható adatokat használja, vagy manuá- lisan körbekerítheti/ metszheti azokat. Az apply gomb megnyo- másával az exportálható diagram elkészül.
Select (Kijelölés): a kijelölés használatához a funkció ikonra kattintva, a bal egérgombbal téglalapot formázva képes a fel- használó kijelölni. A kijelölés a bepipált rétegeken valósul meg.
Ha szükséges, a clear gombbal a kijelölés megszüntethető. A ki- jelölés után a felhasználó a kijelölt elemekkel az alábbi művele- teket hajthatja végre (a réteg mellett található „…” jelzésre kat- tintva): ránagyíthat, odamozoghat, felvillanthatja azokat, expor- tálhatja különböző formátumokba (CSV, FC, JSON); statisztikát kérhet a kijelölt elemekről, megtekintheti az attribútum táblát, külön réteget hozhat létre a kijelölésekből.
Attribute table (Attribútum tábla): alapértelmezetten a Moonquake nest (Mélyfészkű holdrengésadatok) réteg attribútu- mai jelennek meg. A mezők rétegtől függetlenül rendezhetőek, eltüntethetőek, illetve szűrhetőek is.
Measurement (Mérés): a felhasználó először a kívánt mérési típust választja ki, majd a mérés mértékegységét, ezután körbe- keríthetjük, vagy lemérhetjük az adott elemet.
Filter (Szűrés): alapértelmezetten két rétegre futtatható le.
Az egyik lehetőség a mélyfészkű földrengések fészekszámainak szűrése (pl.: 35–38-as számú fészkek szűrése), a másik fészke- ken belül történt rengések számának szűrése (pl.: azon fészkek, ahol 2000-nél több rengés történt). A szűrés a fogaskerék ikon melletti pipával törölhető.
Layer list (Réteg lista): az ikonra kattintva a pipákat hasz- nálva kapcsolhatóak ki-be a rétegek. Az egyes rétegekhez tartozó pluszszolgáltatások: zoomolás rétegre, áttetszőség állítása, felugró ablakok tiltása/engedélyezése, réteg sorrend változtatá- sa, tulajdonságok.
Legend (Jelmagyarázat): a funkcióval megjeleníthetjük a rétegekhez tartozó jelmagyarázatot.
Print (Nyomtatás): az ikonra kattintás után a térkép címe, mérete és a nyomtatás formátuma adható meg. A haladó beállí- tások között olyan paraméterek szerepelnek, mint a felhasználó nevének megadása, a nyomtatás mérete és minősége, illetve a feliratok meghagyása.
Summary (Összegzés): a funkció a Moonquake events (mélyfészkű holdrengésadatok) rétegen a Nest number (fészek szám) mező alapján összegzi a jelenségek átlagos mélységét, mi- nimum és maximum évét. Az összegzések dinamikusan változ-
nak, attól függően, hogy a felhasználó hogyan mozog a térkép tartalmán.
About (Információ): Az információ gomb alatt az alkalmazás verziószáma, készítője és forrásai találhatóak meg.
3D Scene alkalmazás
A 3D-s holdtérkép az alsó menüsor 3D-s ikonjára kattintva indítható el. Az alábbi rétegek tekinthetőek meg gömbfelületen ábrázolva; Moon craters (Holdkráterek); Lunar mares (Hold- tengerek); Apollo landing sites (Apollo leszállási helyek);
Moonquake nests (Holdrengés fészkek)
Irodalomjegyzék:
[1] Lázár L. (2016): A Hold szeizmikus aktivitásának bemutatása és elemzése térinformatikai módszerekkel, szakdolgozat, Óbudai Egyetem, Alba Regia Műszaki Kar, Geoinformatikai Intézet, pp.
50
[2] NASA Headquarters. Apollo Lunar Surface Journal – ALSEP Apollo Lunar Surface Experiments Package. [Online] http://
www.hq.nasa.gov/alsj/HamishALSEP.html
[3] Kiszely M. (2016): Holdrengések. Élet és Tudomány, 71(40), 1254
[4] Nakamura Y., Latham G.V., Dorman H.J. (1982): Apollo lunar seismic experiment – final summary. Proceedings of the Lunar and Planetary Science Conference, 87, A117
[5] ArcGIS. Mapping without Limits. [Online] http://
www.arcgis.com/features/index.html
